柔性直流电网协调控制策略

张 弘，朱 健，梁 骏，李仁杰，严 浩

国网合肥供电公司，安徽 合肥 230000

0 引言

随着电力行业的快速发展，相关的技术研究不断创新，在一定程度上为整个电力行业进步与发展提供了动力。面对这一现状，应加强对不同输电技术的研究，详细掌握其特点、需求和不足，制订配套的使用和管理策略，保证其能够优质、高效地应用于实践，更好地发挥其价值和优势[1]。经过分析发现，近些年发展较快的柔性直流输电技术因具有换相成功率较高、电压谐波占比较少、波形高质量、可以高效调节功率等优势，备受社会关注[2]。在实践过程中，为了更好地发挥其功能，应注重这一类型电网协调控制策略的制订，及时解决电网运行问题，降低其运行风险。

1 柔性直流电网协调控制要点

基于柔性直流电网实际特点，并结合有关方面的控制思想，分析其控制要点，具体包括以下三个方面。其一，协调性。柔性直流电网协调控制策略必须体现协调性的特点，即保证相关的控制系统各个模块之间具有协调性，且控制系统能够与电网运行相协调，从而消除有关方面工作的内部矛盾，强化实际应用效果[3]。其二，及时性。在实践中，应增强控制的及时性，只有及时实施控制工作，才能避免影响扩大化，强化控制的现实价值和意义[4]。其三，智能性。在新时期背景下，有关方面的控制工作开展应逐渐区域智能化、自动化，这样才能满足发展所需，并尽量避免人工操作带来的风险和效率问题。

2 柔性直流电网协调控制模式

随着电力产业的快速发展，柔性直流电网技术迅速崛起、不断创新，优势也不断突出。该模式电网结构接线方式主要包括并联方式、串联方式和混联方式三种类型，且每种方式的特点各有不同。其中，对于并联的接线方式，不同级别的换流站可以根据需要共同接入同一个直流网架，在电压方面皆为直流模式，且保持相同。相比而言，串联接线方式调节范围较广，并可以根据需求适当扩展，容易完成绝缘设计，控制系统和模式皆简单易操作。因此，在有关方面的研究以及实际工程项目建设方面使用较广。混联的接线方式属于并联和串联的结合模式，其在特点方面也是上述两种模式的结合。

在协调控制模式方面，不同接线方式的柔性直流电网存在差异性。以五端并联环网结构为实例，设置5个站，其中，1站和2站处于功率输送端，并与风电场和风光电站之间建立稳定的连接。每个发电场均未与交流电网直接相连，表现为孤岛状态。3站、4站、5站皆为电力功率的接收端，且3站和5站与交流电网直接相连，4站与之不同，属于孤岛系统的电力之源。1站和4站之间设置连接线路，表征其中一级的输电线路。同时，在每条直流输电线路两侧位置设置1台直流断路器，如果出现故障，则断路器断开，将故障位置与其他位置隔离，避免影响扩大化。4站位于3站和5站之间，功率相对较小。对于上述的五端并联环网结构，使用双极主接线模式，目的是适应高电压和大容量的工作需求，当某一极出现故障之后，另一极并不受其影响，增加电网运行的可靠性和安全性。相关参数设置如表1所示。

表1 柔性直流电网参数设置

其中，对于1站和2站，因主要起到功率输送作用，考虑其输送效率、安全性、故障控制等情况，皆使用交流电压控制模式。对于3站、4站、5站，功能主要为功率接收，考虑其接收能力和问题发生后的灵活应对能力，分别采取不同的控制模式，3站为有功功率控制模式，4站为交流电压控制模式，5站为直流电压控制模式。

3 柔性直流电网协调控制策略

根据上述的柔性直流电网协调控制策略要点，结合五端并联环网结构实例，制订具体的控制策略。

3.1 建立智能化的协调控制系统

在具体开展工作时，为了强化直流电网的协调控制效果，制定智能性的协调控制系统。这一系统可以根据电网的实际情况进行相关信息采集，并分析电网的运行状态，根据电网运行状态分析其是否正常，然后给出相应的控制方案。方案以可识别的命令形式传至控制模块，控制模块及时执行控制命令，避免影响扩大化。此外，如果问题较为严重，超过一定的限值，系统将会自动报警，使相关工作人员了解具体情况，辅助完成控制工作，强化控制效果。对于有关方面的智能化控制系统，具体的控制流程如图1所示。

图1 智能化控制系统

3.2 广域协调控制策略设计

柔性直流电网协调控制工作的开展，应注重广域协调控制系统的设计。当系统接收电网工况变化的信息之后，便快速反应，及时对其进行调整和处理。首先，调整目标设置。对于单极电网，将功率平衡和线路电流不发生过流问题作为调整目标，调整并约束柔性直流换流站和新能源电站的功率输出。然后，获取不同极调整后的信息，调控并限制孤岛一端的双极功率。例如，在正极位置，5站对直流电压具有控制功能，如果其存在故障，则必须使站1和站2的正极功率输入之和小于剩余的受端站容量之和，使功率处于平衡状态。除此之外，相关人员还需合理设计柔性直流电网协调控制的流程，具体如下：（1）获取电网故障信息，得出与之对应的工况下每个极换流站的功率最大值；（2）对正负极换流站最大值进行加和处理，得出双极功率限值；（3）调整系统下发功率最大限值的命令，使每个极的功率皆在指定的限值内；（4）换流站按照相关指令进行运行调整；（5）孤岛端功率需要借助双极间功率转带控制能力，使不同极功率在指定范围内。

3.3 换流站协调控制策略设计

换流站协调控制工作主要包括联网换流站协调控制和孤岛换流站协调控制两个重要部分，且不同的协调控制方案各有不同，下面以联网协调控制为例进行详细介绍。对于联网交流模式的柔性直流电网，换流站可以调节自身的功率，从而改变直流电压值，实现整个电网的调控和保护功能。具体操作时，可以采取主从控制模式，进行控制模式转换。但是，这对站间的通信能力有要求，要求其必须高速实施，且依赖性较高，如果单独采取这一策略进行控制，则容易出现控制风险。鉴于此，可采取联合控制模式，即同时使用主从控制和直流电压偏差及偏差斜率控制的模式，既能够满足协调控制要求，又能够降低控制风险。例如，在上述案例中，可以将1站设置为主站，将3站设置为从站，完成联网控制模式下的功率调控。对于直流电压偏差及偏差斜率控制模式，应根据实际需求，进行直流电压偏差及偏差斜率的精准设计，并能够基于相关信息快速反应，保证具体控制策略和命令的合理性。综上，建议采取实验模式进行“最佳”状态和标准设计，使其与电网实际运行具有良好的协调性和实用性。

4 结束语

柔性直流电网正处于快速发展时期，并具有一定的优势，因此，应提高对其运行管理方面的重视，合理制订协调控制策略并实施，以实现预期目标。具体操作时，应侧重柔性直流电网特点分析，并结合电网的运行需求，明确有关方面策略的制订要点，正确选择协调控制模式，强化控制效果。同时，还要融入新时期的控制理念，设置智能化的协调控制系统，合理进行广域协调控制策略和换流站协调控制策略的设计与实施，为相关工作开展提供有力支持。